徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐（nài）火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而（ér）能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲石做（zuò）原料（liào）的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差（chà）。因此，應該根據爐外精（jīng）煉（liàn）等熱工設備的不同部位（wèi）使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等（děng）。鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來，為了（le）淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料（liào）進行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料的熱震（zhèn）穩（wěn）定（dìng）性高、抗渣滲（shèn）透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反（fǎn）應（yīng）生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的（de）滲透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其（qí）H主要（yào）來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其（qí）中的水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料（liào）中（zhōng）的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要（yào）的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的（de）再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度（dù）消耗（hào）。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注（zhù）料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼（gāng）水顯著（zhe）增C，當同一（yī）製品第二次使用時（shí），鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對（duì）鋼水（shuǐ）造成增N。更大（dà）的（de）增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護（hù）套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響（xiǎng），實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有（yǒu）鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下（xià）來上浮（fú）至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研（yán）究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部（bù）分致密（mì）程度高，較（jiào）不燒白（bái）雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量（liàng）高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高（gāo）堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料表層致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能（néng）力，主要（yào）是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

博（bó）爾塔拉鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚（zhuān）具有更好的（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最（zuì）嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量（liàng）非（fēi）常少，非（fēi）金屬（shǔ）夾雜物（wù）不僅數（shù）量少（shǎo），而且尺寸很小和（hé）形態（tài）得到控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接（jiē）觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有些汙（wū）染（rǎn），唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。